井下套管柱理論分析與損傷修復(fù)技術(shù)

前言

油氣田井下套管往往處于高溫高壓、多相介質(zhì)等惡劣環(huán)境，以及地應(yīng)力作用和人為作業(yè)等復(fù)雜工況中，由此造成的套管失效不僅嚴(yán)重地妨礙了石油和天然氣的正常開(kāi)采及生產(chǎn)井的后續(xù)作業(yè)，直接影響油田油氣產(chǎn)量，而且會(huì)使層系布局越來(lái)越不合理、注采井網(wǎng)失去平衡，從而降低水驅(qū)控制儲(chǔ)量和水驅(qū)動(dòng)用儲(chǔ)量，造成巨大油氣資源浪費(fèi)，有時(shí)還引發(fā)井噴等惡性事故，造成人員傷亡、停工停產(chǎn)、環(huán)境污染等重大事故。套管的損壞一直困擾著油氣田的正常開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，是油氣田開(kāi)發(fā)的重大難題之一。本書(shū)基于各工況下載荷分析，從中找出最危險(xiǎn)的載荷組合，通過(guò)大量的計(jì)算分析認(rèn)為：大多數(shù)油井套管的損壞是由非均勻外載引起的，其中鹽巖、泥巖塑性流變引起的非均勻擠壓是造成套管損壞的重要原因之一，而局部集中載荷使套管抗外擠能力大大降低。所以，在地應(yīng)力分布不均勻的塑性流動(dòng)地層進(jìn)行管柱設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮不均勻載荷的影響。在役井下套管柱不是一個(gè)孤立體，因此必須考慮其所處環(huán)境的影響。本書(shū)首次較為完整、系統(tǒng)地從井壁穩(wěn)定、力學(xué)與失效分析、強(qiáng)度分析、損傷檢測(cè)方法以及損傷套管修復(fù)新技術(shù)的研究與應(yīng)用等多方面研究了井下套管體系，并取得了一些理論成果，開(kāi)發(fā)出了實(shí)用的修復(fù)新技術(shù)，旨在解決困擾油田生產(chǎn)的重大難題，以延長(zhǎng)油氣生產(chǎn)井（套管）的使用壽命，提高油氣最終采收率。本書(shū)的出版對(duì)油氣田井下套管損傷機(jī)理研究和損傷套管的修復(fù)都將起到積極的指導(dǎo)作用。

內(nèi)容概要

　　《井下套管柱理論分析語(yǔ)損傷修復(fù)技術(shù)》從油氣田套管損壞概況、損壞原因及損壞類型出發(fā)，對(duì)井壁穩(wěn)定性和在役井下套管柱進(jìn)行了力學(xué)分析，并對(duì)井下在役套管柱的強(qiáng)度、井下套管柱可能發(fā)生的失效檢測(cè)方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析研究，在此基礎(chǔ)上研發(fā)出油氣井損傷套管修復(fù)新技術(shù)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和重大的工程意義?！　　毒绿坠苤碚摲治稣Z(yǔ)損傷修復(fù)技術(shù)》適合石油工程技術(shù)人員、高等院校（所）相關(guān)專業(yè)師生及相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

1 概述1.1 油氣田套管損壞概況、損壞原因及損壞類型1.1.1 油氣田套管損壞概況1.1.2 油氣田套管損壞原因分析1.1.3 國(guó)內(nèi)油氣田套管損壞的大致類型1.2 國(guó)內(nèi)外油田套管損壞的研究現(xiàn)狀1.3 本書(shū)的研究意義及主要研究?jī)?nèi)容1.3.1 本書(shū)的研究意義1.3.2 本書(shū)的主要研究?jī)?nèi)容1.4 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)2 井壁穩(wěn)定性力學(xué)分析2.1 井壁穩(wěn)定性概述2.2 井壁不穩(wěn)定地層分類2.3 井壁穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則2.3.1 庫(kù)侖一摩爾準(zhǔn)則2.3.2 DmckerPlrager準(zhǔn)則2.3.3 Lade準(zhǔn)則2.3.4 拉伸破壞模型2.4 井壁失穩(wěn)影響因素分析2.4.1 井壁失穩(wěn)力學(xué)分析2.4.2 井壁失穩(wěn)的化學(xué)機(jī)理分析2.4.3 井壁穩(wěn)定的力學(xué)和化學(xué)耦合分析2.4.4 井壁力學(xué)穩(wěn)定性影響因素及局限性分析2.5 鉆井液和泥頁(yè)巖的傳遞作用及對(duì)井壁穩(wěn)定性的影響2.5.1 鉆井液和泥頁(yè)巖間傳遞作用及機(jī)理2.5.2 傳遞作用對(duì)井壁穩(wěn)定性的影響2.6 硬脆性泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定的應(yīng)力場(chǎng)分析2.6.1 等效彈性一損傷柔度張量及本構(gòu)方程2.6.2 井眼周圍的應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算2.7 蠕變地層中井壁圍巖的圍壓分析2.7.1 同心井眼中井壁圍巖的圍壓分析2.7.2 偏心井眼中井壁圍巖的應(yīng)力和位移分析2.8 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)3 在役井下套管柱的力學(xué)分析3.1 油氣井井下套管柱力學(xué)模型的建立3.1.1 幾何方程的建立3.1.2 井下管柱的本構(gòu)方程3.1.3 井下套管柱受力分析模型3.1.4 間隙元法與居中度分析3.2 在役井下套管柱的受力分析3.2.1 選擇應(yīng)力勢(shì)函數(shù)3.2.2 由定解條件確定待定系數(shù)3.2.3 求套管柱應(yīng)力及位移3.2.4 套管柱圍壓分析與計(jì)算3.3 井下套管柱臨界外壓分析3.3.1 井下套管柱外壓3.3.2 軸向載荷作用下套管柱的臨界外壓分析3.3.3 局部集中力作用下套管柱的臨界外壓分析3.4 非均勻地應(yīng)力作用下套管柱的受力分析3.4.1 受力模型及其簡(jiǎn)化3.4.2 均勻外壓和均勻內(nèi)壓作用下套管柱的受力分析3.4.3 非均勻壓力和非均勻切向力作用下套管柱的受力分析3.5 高壓異常地層套管柱外擠力分析3.5.1 高壓異常地層套管柱受力的力學(xué)模型3.5.2 力學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果分析3.6 生產(chǎn)作業(yè)措施對(duì)井下套管柱產(chǎn)生附加力的作用3.6.1 熱采井套管柱圍壓和應(yīng)力分析3.6.2 油田注水引起套管柱外擠力分析3.7 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)4 井下在役套管柱的強(qiáng)度分析4.1 井下套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則4.1.1 井下套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)一般流程4.1.2 井下套管柱強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)模型4.1.3 井下套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法與準(zhǔn)則4.1.4 井下套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則4.2 缺陷對(duì)套管柱抗擠強(qiáng)度的影響4.2.1 理想圓管模型的建立與求解4.2.2 考慮套管制造缺陷的模型修正4.2.3 參數(shù)敏感性分析4.2.4 本節(jié)符號(hào)說(shuō)明4.3 磨損對(duì)套管柱抗擠強(qiáng)度的影響4.3.1 套管磨損物理模型4.3.2 套管磨損對(duì)擠毀影響的有限元計(jì)算4.3.3 磨損套管擠毀強(qiáng)度計(jì)算4.4 不均勻載荷對(duì)套管柱抗擠強(qiáng)度的影響4.4.1 受力分布模型4.4.2 不均勻載荷作用下套管柱擠毀的機(jī)理4.4.3 載荷不均度對(duì)套管柱擠毀強(qiáng)度的影響4.4.4 不均勻載荷對(duì)套管柱徑向變形的影響4.4.5 偏心量對(duì)套管柱抗擠毀強(qiáng)度的影響4.5 油氣井井下正常作業(yè)措施對(duì)套管柱強(qiáng)度的影響4.5.1 射孔作業(yè)對(duì)井下套管柱強(qiáng)度的影響4.5.2 壓裂作業(yè)對(duì)井下套管柱強(qiáng)度的影響4.5.3 高壓注水作業(yè)對(duì)井下套管柱強(qiáng)度的影響4.6 井下在役套管柱損傷程度與抗擠能力評(píng)估分析4.6.1 鉆柱與套管接觸力分析4.6.2 井下在役套管柱損傷程度評(píng)估4.6.3 磨損套管抗擠強(qiáng)度分析4.6.4 本節(jié)符號(hào)說(shuō)明4.7 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)5 油氣井損傷套管修復(fù)技術(shù)的研究與應(yīng)用5.1 井下套管損壞原因分析與套管柱力學(xué)模擬研究5.1.1 套損原因分析5.1.2 油氣井井下套管柱變形的仿真力學(xué)模型5.2 井下套管損傷的檢測(cè)方法、預(yù)防措施與修復(fù)技術(shù)5.2.1 井下套管損傷的檢測(cè)方法5.2.2 井下套管損壞的預(yù)防措施5.2.3 井下?lián)p壞套管的修復(fù)技術(shù)介紹5.3 燃爆修井技術(shù)研究與修復(fù)效果分析5.3.1 爆炸整形技術(shù)5.3.2 燃爆補(bǔ)貼技術(shù)5.3.3 爆炸整形與燃爆補(bǔ)貼技術(shù)下井工藝與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果5.3.4 爆炸修套技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)施工要求及安全技術(shù)5.4 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)6 主要認(rèn)識(shí)與結(jié)論致謝

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.2 油氣田套管損壞原因分析大慶油田采油工程研究院的姜守華、大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院張寶璽、勝利油田的孟祥玉及西南石油大學(xué)的張先普等通過(guò)對(duì)國(guó)外資料的分析與整理，結(jié)合中國(guó)各油田套損原因分析，對(duì)油氣田套管產(chǎn)生損壞的原因作了較為全面的研究工作。概括起來(lái)，油氣井套管損壞的原因可從以下幾方面進(jìn)行分析。（1）套損的地質(zhì)因素。地質(zhì)因素是造成套損的主要原因，它包括構(gòu)造應(yīng)力、層間滑動(dòng)、泥巖膨脹、鹽巖層蠕動(dòng)、油層出砂、地面下沉及油層壓實(shí)等。①圍巖壓力。鉆后，井眼周圍的巖石中出現(xiàn)了臨空面，原來(lái)的平衡狀態(tài)遭到了破壞。當(dāng)應(yīng)力集中處的應(yīng)力達(dá)到圍巖的屈服極限，就有塑性變形發(fā)生，這種變形受到套管和套管外水泥環(huán)的限制，同時(shí)套管也受到圍巖的反作用而產(chǎn)生變形損壞。②泥巖膨脹和蠕變。巖石具有蠕變和應(yīng)力松弛的特征，巖石種類不同，其蠕變程度也不同，即使在自然地質(zhì)條件下，巖石也會(huì)發(fā)生蠕變。泥巖中的黏土礦物尤其是蒙皂石、伊利石、高嶺石，它們遇水會(huì)膨脹并發(fā)生蠕動(dòng)。由于套管阻擋了這種蠕變和膨脹，就使套管外部負(fù)荷增加，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，該負(fù)荷會(huì)增大，當(dāng)套管的抗壓強(qiáng)度低于該外部負(fù)荷時(shí)，套管就會(huì)被擠壓、擠扁乃至錯(cuò)斷。蘇聯(lián)格羅茲內(nèi)石油學(xué)院做過(guò)的泥巖膨脹和套管損壞關(guān)系試驗(yàn)表明，當(dāng)泥巖吸水大于10％時(shí)，泥巖有較高的塑性，幾乎將全部上覆巖壓都轉(zhuǎn)移至套管，使其變形損壞。如該泥巖在大區(qū)域內(nèi)連續(xù)，在遇水膨脹后區(qū)域發(fā)生蠕動(dòng)，是會(huì)使區(qū)域發(fā)生成片套損的。如大慶油田的采油一廠、四廠，美國(guó)密西西比州的24區(qū)塊油田。

編輯推薦

《井下套管柱理論分析語(yǔ)損傷修復(fù)技術(shù)》是由石油工業(yè)出版社出版的。

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